↑ 鳳姣昆明魚化石及其複原圖。
↑ 寒武紀早期海洋中的“第一魚”及其左鄰右舍複原圖。
以上圖片均為舒德幹提供
在浩瀚無垠的宇宙中，像地球這樣“好運氣”的星球少之又少：她連續40億年維持“恰到好處”的液態水圈和含氧大氣圈，並最終進化出人類。在漫長曆史中，人類一直在努力探尋自己的源頭，產生了很多神話與傳說。19世紀中晚期，達爾文的進化論改變了人類的自然觀和世界觀，在之後的150多年時間裏，學術界依據進化論繼續追蹤人類的由來。其中，狹義上人類祖先由猿到人的完整化石序列已經在非洲和亞洲初步確定並被認可。再之前呢？人類祖先的祖先是什麽樣子的？作為古生物學家，我們希望根據化石的“蛛絲馬跡”，繼續向前探源。
從“同源構造”追溯生命進化過程
1859年，達爾文《物種起源》的問世改變了人們對人與自然關係的認知。12年後達爾文發表了《人類的由來及性選擇》，詳細解析了人類與較低等脊椎動物的形態解剖學特征和比較胚胎發育學證據等，最終得出結論：人類與所有其他脊椎動物（如魚類、兩棲類、爬行類和哺乳類等）的許多器官都存在共同的來源即“同源構造”，因而人類與低等脊椎動物具有共同的祖先。當然，彼時達爾文並不知曉，那些最基礎的同源構造是何時、由哪些早期祖先所顯現的。可喜的是，我國學者透過澄江動物群這個獨特的科學窗口，經過長期探索，找到了關鍵證據。
本世紀初，生物學家依據分子遺傳學信息，由近及遠地追溯人類與地球上所有生物類群共享的各代祖先，可以確定下來的已有40代。根據DNA信息，人類與現代黑猩猩親緣關係最近，運用分子鍾技術可以計算出人類與黑猩猩在600萬年前擁有共同祖先，即第1會合點；再繼續向前尋祖，在800萬年前抵達第2會合點，即遇見倒數第2代共祖。以此類推，人類與包括七鰓鰻在內的近親物種抵達5.2億年前的第22會合點，在那裏可以遇見澄江動物群的重要發現——“第一魚”鳳姣昆明魚。最終人類與地球所有生物能夠共同追溯至40億年前的終極祖先，抵達第40會合點，那是所有生命共同的祖先——原始真細菌。這個尋祖故事聽起來很有趣，但大多缺乏真實的化石記錄。
然而，在距今5.6億—5.18億年前的大約4200萬年間，發生了整個生命史上最為壯觀的生物創新事件——寒武紀大爆發，即在不到地球曆史1%的時間內誕生了90%的動物門類。大量的動物化石為追溯動物進化和人類遠祖提供了重要標本。前麵提到的鳳姣昆明魚，就生活在寒武紀大爆發巔峰時期。
寒武紀大爆發後地球進入“三極生態係統”
全球廣布的前寒武紀末期的埃迪卡拉生物群（約5.6億—5.4億年前）和寒武紀初期的小殼動物群（約5.4億—5.2億年前），以及時代稍後的我國雲南澄江動物群（約5.2億—5.18億年前），構成世界三大早期珍稀化石寶庫，為破解寒武紀的生命大爆發提供了關鍵證據。寒武紀大爆發構成了地球生態係統演化的分水嶺：在5.4億年之前，地球生命基本維持在二極生態係統上，也就是隻有生產者藻類和分解者細菌，幾乎見不到真正的消費者動物；而經曆寒武紀大爆發短短的幾千萬年後，便在澄江動物群時期快速產生了完整的三分動物界，從此地球便進入了三極生態係統，並一直延續至今。
寒武紀大爆發的本質是動物門類創新大爆發，並非過去人們以為的“物種大爆發”。我們都知道，地球動物界包括數百萬個現存物種，可以歸屬於近40個門類。所有這些門類通常歸並為3個亞界：低等的基礎動物亞界，包括水母和珊瑚；較為高等的原口動物亞界，包括節肢動物門、軟體動物門等大多數動物門類；更高等的後口動物亞界，包括大家熟悉的棘皮動物門和脊椎動物。根據研究，在寒武紀大爆發期間，20多個主要動物門類分3批快速誕生，由量變到質變形成了3個亞界，構成了完整的“第一動物樹”框架。這就是我國學者提出並在古生物學界取得基本共識的“三幕式寒武紀爆發假說”。
動物門類爆發的驅動力包括內因和外因。內因主要是基因的進化創新，尤其是同源基因串快速分步成型。每個動物門類的同源基因串中包含的基因數互不相同。在基礎動物亞界的各門類中，同源基因串的基因數目較少；在原口動物亞界的各門類中可增加到10個左右；而在後口動物亞界的各門類中可多達14個。同源基因串是控製動物胚胎發育的一串總調控基因，它決定了各個動物門類形態構造的基本特征。此外，動物界內部各種捕食等級快速形成，“大魚吃小魚，小魚吃蝦米”，越來越激烈的捕食競爭也會加快動物演化的速率。動物門類大爆發的外因主要得益於約5.2億年前的地球第二次大氧化事件，它使海洋含氧量大幅提升，滿足了大量動物生存和繁殖的需要；另外，海洋裏的磷和鈣等生命元素大量富集，也進一步加劇了動物門類爆發的強度。
具有裏程碑意義的“逮住第一魚”
早在達爾文創立進化論半個世紀前，進化論早期奠基者拉馬克就提出，動物可劃分為脊椎動物和無脊椎動物兩個超級大家族，而且最低等脊椎動物是由無脊椎動物逐步進化而來。200多年來，科學家一直在苦苦探尋這個進化過程的真實證據。
在澄江動物群化石寶庫中，科學家獲得了可靠的進化證據：古蟲動物門首創了原始鰓裂，開啟了通向棘皮動物、半索動物、雲南蟲和脊索動物四大“具鰓裂門類”的呼吸係統革命；緊接著低等脊索動物華夏鰻和長江海鞘，首創了原始脊索及相關肌肉節，從而啟動了運動係統革命；最後，“第一魚”海口魚和鳳姣昆明魚的頭腦眼、脊椎骨和心髒構造顯示，它們實現了神經係統和循環係統革命，成功完成了新陳代謝大升級。上述幾次關鍵器官創造為5億年後的人類軀體構型奠定了堅實基礎。特別是“第一魚”的發現，解決了學術界長期懸而未決的兩大難題：一是宣告地球“第一動物樹”在寒武紀大爆發高潮時已然誕生；二是實證解決了脊椎動物的分步起源問題，並認識到了首創頭腦眼和脊椎骨的人類始祖真實樣貌。
寒武紀大爆發之後，到人類誕生，中間又經曆了5次器官改造或改良：第一次，鰓裂的改造，使無頜類演進到有頜類，從而可以主動取食；第二次，從偶鰭遊泳平衡到四足登陸行走；第三次，從無羊膜卵到有羊膜卵；第四次，從卵生到胎生、哺乳，長出毛發；第五次，從四條腿到兩條腿，從哺乳動物腦到人腦。5次器官改造是從低等脊椎動物進化到人的主要階段，但顯然，從0到1、從無到有的根本性進化，則體現在從無頭無脊椎到有頭有脊椎的飛躍。因此，“第一魚”的發現具有重大裏程碑意義。“第一魚”成為年度“國家自然科學獎一等獎”的重要成果，發現“第一魚”及其相關類群的論文多次在《自然》《科學》等國際頂尖學術刊物發表，《自然》雜誌以“逮住第一魚”為題對發現給予高度肯定。當前，海口魚、鳳姣昆明魚等“第一魚”相關材料已廣泛入選各國教科書、百科全書和博物館。
古生物研究是大海撈針式的研究，可能幾十年才會遇到一塊好標本。無疑，偶然背後存在必然，好運氣常常青睞有準備的頭腦。當前，我國古生物研究處於國際第一方陣，這得益於我們擁有澄江動物群、熱河生物群、藍田生物群、甕安生物群及三峽的埃迪卡拉生物群、誌留紀脊椎動物群等多個得天獨厚的化石庫，同時更因為我們擁有一支高素質的古生物學研究人才隊伍。古生物學是關於生命曆史的科學，與曆史學性質相似。我們學習曆史，因為它有助於人類獲取在社會上立足和發展的經驗；同樣的，我們應該學習和了解古生物學，因為它能幫助人類在與大自然協同演化中不斷取得發展。
來源：人民日報
作者：舒德幹（中國科學院院士、西北大學教授）
編輯：諸鵬飛
審核：盛捷